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Jul 29, 2023

Conception et préparation de nanoarchitectoniques de composite LDH/polymère à morphologie particulière comme catalyseur pour la synthèse verte de dérivés d'imidazole

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 11288 (2022) Citer cet article 1289 Accès 8 Citations 1 Détails de Altmetric Metrics Cet article a été conçu et préparé une nouvelle nanoarchitectonique de

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 11288 (2022) Citer cet article

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Cet article a été conçu et préparé une nouvelle nanoarchitectonique de composite LDH/polymère avec une morphologie spécifique. À cette fin, le tensioactif CTAB a été utilisé pour contrôler la morphologie de l'hydroxyde double en couches (LDH) et pour préparer des nanocomposites LDH/polymère (LDH – APS – PEI – DTPA). Le polymère a été synthétisé à l’aide d’acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA) et de polyéthylèneimine et utilisé avec de la LDH pour former un nanocomposite à haute stabilité thermique. Par la suite, le nanocomposite préparé a été identifié à l’aide des techniques FTIR, EDX, TGA, XRD, FESEM et BET. De plus, le nanocomposite LDH – APS – PEI – DTPA préparé a été utilisé comme catalyseur hétérogène et recyclable pour la synthèse de dérivés d'imidazole dans des conditions vertes. Les résultats ont montré que le nanocomposite LDH – APS – PEI – DTPA bénéficie d'une morphologie appropriée, d'une préparation simple, d'une activité catalytique élevée et d'une surface spécifique élevée. En outre, le catalyseur hétérogène LDH – APS – PEI – DTPA proposé a montré une stabilité et une réutilisabilité élevées pendant cinq essais consécutifs, ce qui était conforme aux principes de la chimie verte.

Au cours de la dernière décennie, des recherches approfondies se sont concentrées sur les nanocomposites polymères composés d’une matrice polymère avec des particules de renforcement dispersées à l’échelle nanométrique1,2,3,4. Généralement, les nanocomposites présentent de bien meilleures propriétés mécaniques que les composites similaires de taille micrométrique5,6,7,8,9. La théorie classique des composites prédit qu’une meilleure liaison entre la matrice polymère et les autres composants conduit à des propriétés mécaniques améliorées8. La composition des charges inorganiques en couches au sein des matrices polymères pour la formation de nanocomposites polymères/inorganiques en couches est d'une grande importance en raison de leurs propriétés distinctives6,10,11,12. À cet égard, les nanocomposites doubles hydroxyde (LDH)/polymère en couches appartiennent à une classe importante de nanocomposites polymères/inorganiques en couches car ils ont une stabilité thermique et des propriétés physiques considérablement améliorées13,14,15,16,17,18,19. La LDH a une structure en forme de feuille ajustable et peut être synthétisée par les méthodes suivantes : hydrolyse de l'urée, co-précipitation, synthèse hydrothermale, précipitation simultanée et échange d'ions20,21,22,23. Les stratifiés LDH sont composés de cations et d'hydroxydes métalliques, dans lesquels des anions sont placés entre les couches, c'est-à-dire des ions intercalaires24. Par conséquent, les ions stratifiés, les états de valence et les anions intercouches dans la LDH sont réglables, faisant de la LDH un candidat prometteur pour diverses applications25. De plus, en raison de sa structure en couches unique, il peut augmenter la surface spécifique et les sites actifs dans les composites, ce qui augmente la possibilité de mélange avec la plupart des matériaux26. Divers catalyseurs LDH à base de métaux tels que Ti, Fe, Mg, Ni, Cu, etc. ont été utilisés dans la réaction catalytique16,27,28,29,30.

La structure chimique de la polyéthylèneimine (PEI) est composée de monomères d'éthylène imine (aziridine) ou d'oxazoline, qui donnent respectivement des squelettes polymères ramifiés ou linéaires. Cette molécule est une simple réplique du motif éthylène imine CH2 – CH2 – NH. Le PEI est un polymère cationique ramifié soluble dans l’eau qui possède plusieurs groupes amine actifs dans ses chaînes ramifiées31.

L'acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA) ou acide pentétique est un acide aminopolycarboxylique constitué d'une diéthylènetriamine avec cinq groupes carboxyméthyle. C'est un solide blanc avec une solubilité limitée dans l'eau32. La molécule peut être considérée comme une version étendue de l’EDTA et est utilisée de la même manière33.

En outre, parmi les composés hétérocycliques, les dérivés de l'imidazole ont attiré une attention particulière en raison de leurs propriétés biologiques et médicinales34,35. Ce groupe de 1,3-diazoles présente des comportements thérapeutiques tels que les antibiotiques et les antifongiques. Les composés imidazole sont utilisés comme noyau médicinal dans certains médicaments tels que la cimétidine, le kétoconazole, le daclatasvir36 et le nitroimidazole, qui est un antibiotique pour le traitement des infections gastro-intestinales. Au cours des dernières décennies, la synthèse de dérivés de l'imidazole en présence de divers catalyseurs a été rapportée. Les catalyseurs homogènes ou hétérogènes rapportés pour la synthèse des dérivés de l'imidazole comprennent l'iode moléculaire37, le polymère à empreinte moléculaire38, l'acide p-toluènesulfonique39, le composite oxyde de graphène-chitosane40, etc. Les dérivés de l'imidazole, malgré leurs avantages, présentent des inconvénients dus à l'utilisation de solvants toxiques, à une charge élevée de le catalyseur, la faible efficacité de production et le coût des catalyseurs métalliques.